DE69314722T2

DE69314722T2 - Motorsteuerung

Info

Publication number: DE69314722T2
Application number: DE69314722T
Authority: DE
Inventors: Tai-Her Yang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-08-05
Also published as: ES2108230T3; US5446352A; EP0582467A2; ATE159628T1; EP0582467A3; GB9216579D0; DE69314722D1; GB2269498A; EP0582467B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an einer Treiberschaltung für einen Reihen(oder Verbund)motor.
Die EP-A-0 129 319 beschreibt ein Mehrbereichsgeschwindigkeitssteuersystem für einen Verbundmotor.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Motrosteuerschaltung, die eine Hauptenergieversorgung, einen Anker, eine Hauptreihenwicklung, die in Reihe zum Anker und zur Hauptenergieversorgung geschaltet ist, und eine Hilfsreihenwicklung umfaßt, die parallel zwischen die Hauptreihenwicklung und eine Hilfsenergieversorgung geschaltet ist, wobei ein erstes Ende der Hilfsreihenwicklung mit einem ersten Ende der Hauptreihenwicklung, dem Anker und einem Anschluß der Hilfsenergieversorgung verbunden ist, und ein zweites Ende der Hilfsreihenwicklung über eine erste Diode mit einem zweiten Ende der Hauptreihenwicklung und über eine zweite Diode mit einem zweiten Anschluß der Hilfsenergieversorgung verbunden ist, welche erste und zweite Diode so vorgespannt sind, daß das zweite Ende der Hilfsreihenwicklung so geschaltet ist, daß es Strom sowohl von der Haupt- als auch der Hilfsenergieversorgung aufnimmt und dadurch den Ankerstrom für eine verbesserte Steuerung bei leichter Last und bei Überlastverhältnissen erhöht.
Die Erfindung wird im folgenden mehr im einzelnen anhand eines Beispiels unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Treiberschaltung für einen Reihen(oder Verbund)motor gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist, bei der eine Rückkopplungsfunktion vorgesehen ist.
Bei einem herkömmlichen Reihenschlußmotor nimmt die Leistungsfähigkeit bei leichten Lasten aufgrund des niedrigen Erregungsstromes ab und wird die Geschwindigkeitsregulierung schwieriger, da das Verhältnis des Drehmomentes zur Umdrehungsgeschwindigkeit kleiner wird. Die Leistungsfähigkeit nimmt darüber hinaus während vorübergehender Überlastverhältnisse ab, da das Magnetfeld gesättigt wird d.h. der Erregungsstrom, der durch die Reihenschlußfeldwicklung fließt, den Strom überschreitet, der zur Sättigung und Erregung erforderlich ist, sodaß der übermäßige Spannungsabfall, der aus dem übermäßigen Erregungsstrom resultiert, die Ausgangsleistung und die Leistungsfähigkeit des Motors herabsetzt.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, enthält zur Lösung dieses Problemes die verbesserte Treiberschaltung wenigstens zwei Reihenschlußfeldwicklungen, wobei ein Ende jeder der Reihenschlußfeldwicklungen mit der gleichen Polarität gemeinsam mit dem Anker verbunden ist und wenigstens eine der Reihenschlußfeldwicklungen über Dioden so isoliert ist, daß sie Leistung von verschiedenen Energiequellen aufnimmt. Die beiden Reihenschlußfeldwicklungen ersetzen die herkömmliche einzelne Reihenschlußfeldwicklung. Darüberhinaus kann eine separat erregte Feldwicklung F101 zusätzlich vorgesehen sein, um einen Verbundmotor zu bilden, der gleichfalls das obige Paar von Reihenschlußfeldwicklungen enthält.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein Hauptreihenschlußfeldwicklung S101 in Reihe zu einem Anker A101 geschaltet und von einer Hauptenergiequelle CPS101 angetrieben. Eine Sperrdiode CR101 ist in Reihe zwischen das Energiequellenende der Hauptwicklung S101 und eine Hilfsreihenschlußwicklung S102 mit einer derartigen Polarität geschaltet, daß eine Erregung der Hauptwicklung S101 durch die Hilfserregungsenergiequelle CPS102 verhindert ist, während die Hilfswicklung S102 sowohl von der Hauptenergiequelle CPS101 als auch von der Hilfsenergiequelle CPS102 erregt werden kann. Eine Diode CR102 ist in Reihe zwischen der Hilfsenergieversorgung CPS102 und der Hilfswicklung S102 angeordnet.
Die Hauptenergiequelle CPS101 kann entweder ein Akkumulator, ein Sonnenenergiewandler oder ein Gleichstromgenerator sein oder kann durch Gleichrichtung einer Wechselstromquelle oder mittels einer anderen Gleichstromquelle erhalten werden. Die Hilfsenergiequelle CPS102 kann gleichfalls eine Gleichspannungsquelle mit einer einzigen Ausgangsspannung oder einer variablen Ausgangsspannung wie beispielsweise ein Akkumulator, ein Sonnenenergiewandler oder ein Gleichstromgenerator sein oder aus einer Gleichrichtung einer Wechselstromquelle oder über eine andere Gleichstromquelle erhalten werden.
Die verbesserte Schaltung bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 arbeitet wie folgt:
(1) Wenn die Last niedrig ist oder der Reihenschlußmotor mit einer kleineren Hauptenergiequellenspannung (um beispielsweise für eine bessere Geschwindigkeitssteuerung zu sorgen) betrieben wird, wird die Erregung durch die Reihenschlußfeldwicklung S101 durch die Erregung ergänzt, die von der Hilfserregungsenergiequelle über die Wicklung S102 kommt, um die Leistungsfähigkeit des Motors und die Geschwindigkeitsregelung zu verbessern.
(2) Der Strom des Motors nimmt mit der Last zu, bis der Spannungsabfall der Energieversorgung CPS101 über der Hauptreihenschlußfeldwicklung Slol größer als der Spannungsabfall der Hilfserregungsenergieversorgung CPS102 über der Hilfsreihenschlußfeldwicklung S102 ist (wobei der Wert der Vorspannung der Sperrdiode CR101 berücksichtigt wird), wobei zu diesem Zeitpunkt der Strom der Hilfserregungsenergieversorgung auf Null abfällt, da der Strom des Ankers A101 die Gesamtsumme aller Reihenschlußströme ist.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, kann die obige Schaltung auch Bauteile zum Erfassen des Betriebszustandes des Motors und der Spannung und des Stromes der Energieversorgung enthalten, die gemeinsam mit einer zentralen Steuerschaltung und mit einer Steuerschnittstelle verbunden sind, um ein genaueres Schaltungssystem zu bilden, das Rückkopplungsfunktionen hat.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, enthält die verbesserte Treiberschaltung wenigstens zwei Reihenschlußfeldwicklungen, wobei ein Ende jeder der Reihenschlußwicklungen mit gleicher Polarität gemeinsam mit dem Anker verbunden ist und wenigstens eine der Reihenschlußfeldwicklungen über Dioden so isoliert ist, daß sie Energie von verschiedenen Energiequellen empfängt. Die beiden Reihenschlußfeldwicklungen ersetzen die herkömmliche einzelne Reihenschlußfeldwicklung. Darüberhinaus kann eine separat erregte Feldwicklung F201 enthalten sein, um einen Verbundmotor zu bilden, der gleichfalls das obige Paar von Reihenschlußfeldwicklungen enthält.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, liegt eine Hauptreihenschlußfeldwicklung S201 in Reihe zu einem Anker A201 und wird diese über eine Hauptenergiequelle CPS201 betrieben. Eine Sperrdiode CR201 ist in Reihe zwischen das Energiequellenende der Hauptwicklung S201 und eine Hilfsreihenschlußfeldwicklung S202 mit einer derartigen Polarität geschaltet, daß eine Erregung der Hauptreihenwicklung S201 durch die Hilfserregungsenergieversorgung CPS202 verhindert ist, während die Hilfswicklung S202 durch die Hauptenergiequelle CPS201 und die Hilfsenergiequelle CPS202 erregt werden kann. Eine Diode CR202 ist in Reihe zwischen der Hilfsenergieversorgung CPS202 und der Hilfswicklung S102 angeordnet.
Die Hauptenergiequelle CPS201 kann entweder eine Gleichstromquelle mit einer einzigen Spannung oder einer variablen Ausgangsspannung wie beispielsweise ein Akkumulator, ein Sonnenenergiewandler oder ein Gleischstromgenerator sein oder kann aus einer Gleichrichtung einer Wechselstromquelle oder über eine andere Gleichstromquelle erhalten werden. Die Hilfsenergiequelle CPS202 kann gleichfalls eine Gleichstromversorgung mit einer einzigen Spannung oder einer variablen Ausgangsspannung wie beispielsweise ein Akkumulator, ein Sonnenenergiewandler oder ein Gleichstromgenerator sein oder aus einer Gleichrichtung einer Wechselstromquelle oder über eine andere Gleichstromquelle erhalten werden.
Die Rückkopplungserfassungsbauteile bei diesem Ausführungsbeispiel schließen eines oder mehrere der folgenden Bauteile ein: ein Hauptenergieversorgungsspannungserfassungsbauteil VD201, ein Ankerstromerfassungsbauteil ID201, ein Erfassungsbauteil EMFD201 für die Gegenelektromotorische Kraft EMF des Ankers, ein Motordrehgeschwindigkeitserfassungsbauteil SP201, ein Hilfserregungsspannungserfassungsbauteil VD201, ein Hilfserregungsstromerfassungsbauteil ID201 und ein Reihenschlußfeldspannungsabfallerfassungsbauteil VS201. Fachleute werden wissen, daß alle diese Bauteile oder wenigstens eines davon je nach den speziellen Erfordernissen des Motors gewählt werden können oder kann, mit dem die Schaltung zu benutzen ist. Die obigen Erfassungsbauteile können digitaler Art oder analoger Art mit einer passenden Befehlseingabeeinrichtung EP201 sein, die es erlaubt, die Schaltung von Hand oder über ein elektrisches Signal zu steuern, und die mit einer zentralen Steuereinheit CCU201 verbunden ist.
Die Steuereinheit CCU201, die vom analogen oder digitalen Typ sein kann, enthält elektromechanische Bauteile und/oder Festkörperbauteile, die eine Steuerung der Ausgangsspannungen und -ströme der Hauptenergiequelle und der Hilfserregungsenergiequelle durch Rückbezug auf die Einstellung einer Eingangssteuereinheit und die Signale von den Rückkopplungserfassungsbauteilen in bekannter Weise erlauben.
Wenn bei den Ausführungsbeispielen in den Fign. 1 und 2 ein Akkumulator oder ähnliches als Hilfsenergiequelle verwandt wird, kann ein Strombegrenzungseinstellelement Z101, Z201 parallel zu den beiden Enden der Sperrdiode CR102 oder zum Stromdetektor IS202 der Hilfsenergiequelle und der Hilfsreihenschlußfeldwicklung geschaltet sein. Wenn der Haupterregungsstrom zunimmt und der Spannungsabfall über den beiden Enden der Hauptreihenschlußwicklung die Spannung überschreitet, die von der Hilfsenergiequelle kommt, wird ein Gegenstrom gebildet, der die Hilfsspeicherelemente auflädt, Das Strombegrenzungseinstellelement erlaubt eine Einstellung des Gegenstromes. Das Strombegrenzungseinstellelement Z201 in Fig. 1 kann aus einem Widerstandselement, aus einem elektromechanischen Element oder einem Festkörperelement bestehen, das durch die zentrale Steuereinheit CCU201 gesteuert wird, um den Ladestrom einzustellen, der durch das Speicherleistungselement geht.
Obwohl die Grundarbeitsweise dieser Schaltung im wesentlichen die gleiche wie die von Fig. 1 ist, hat die Anordnung des Strombegrenzungselementes die Wirkung, daß bei einer vorrübergehenden Überlast der Strom des Ankers die Gesamtsumme des Stromes der verschiedenen Reihenschlußfeldwicklungen ist und der Ladestrom weiter erhöht wird, der durch das Speicherleistungselement geht.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die vorliegende Erfindung eine innovative Ausbildung ist, die die Leistungsfähigkeit eines Reihenschlußmotors eines Typs erhöht, der in weitem Umfang im industriellen Bereich benutzt wird, und für eine verbesserte Geschwindigkeitsregelung sorgt.

Claims

1. Motorsteuerschaltung mit einer Hauptenergieversorgung (CPS101, CPS201), einem Anker (A101, A201), einer Hauptreihenwicklung (S101, S201), die in Reihe zum Anker und zur Hauptenergieversorgung geschaltet ist, und einer Hilfsreihenwicklung (S102, S202), die parallel zwischen die Hauptreihenwicklung und eine Hilfsenergieversorgung (CPS102, CPS202) geschaltet ist, wobei ein erstes Ende der Hilfsreihenwicklung mit einem ersten Ende der Hauptreihenwicklung, mit dem Anker und mit einem Anschluß der Hilfsenergieversorgung verbunden ist, und ein zweites Ende der Hilfsreihenwicklung über eine erste Diode (CR101, CR201) mit einem zweiten Ende der Hauptreihenwicklung und über eine zweite Diode (CR102, CR202) mit einem zweiten Anschluß der Hilfsenergieversorgung verbunden ist, welche erste und zweite Diode so vorgespannt sind, daß das zweite Ende der Hilfsreihenwicklung so geschaltet ist, daß es Strom sowohl von der Haupt- als auch der Hilfsenergieversorgung aufnimmt und dadurch den Ankerstrom für eine verbesserte Steuerung bei leichter Last und bei Überlastverhältnissen erhöht.

2. Motorsteuerschaltung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Nebenschlußfeldwicklung (F101, F201) zur Bildung einer Kompoundmotorsteuerschaltung umfaßt.

3. Motorsteuerschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, welche weiterhin eine zentrale Steuereinheit (CCU201) umfaßt, die so ausgebildet ist, daß sie die Ausgangsleistung der Haupt- und/oder Hilfsenergieversorgung (CPS201, CPS202) auf ein Rückkopplungssignal von wenigstens einer Erfassungskomponente ansprechend ändert, die aus einer Gruppe gewählt ist, die aus einer Erfassungskomponente (VD201) für die Hauptenergieversorgungsspannung, einer Erfassungskomponente (ID201) für den Ankerstrom, einer Erfassungskomponente (EMFD201) für die gegenelektromotorische Kraft des Ankers, einer Erfassungskomponente (SD201) für die Motordrehgeschwindigkeit, einer Erfassungskomponente (VD202) für eine Hilfserregungsspannung, einer Erfassungskomponente (ID202) für einen Hilfserregungsstrom und eine Erfassungskomponente (VS201) für den Wert des Reihenerregungsfeldspannungsabfalls besteht.

4. Motorsteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welcher weiterhin ein strombegrenzendes Einstellelement (Z101, Z201) umfaßt, das zwischen die Hilfsreihenwicklung (S102, S202) und die Hilfsenergieversorgung (CPS102, CPS202) geschaltet ist, um einen Ladestrom zwischen der Hauptreihenwicklung (S101, S201) und der Hilfsenergieversorgung fließen zu lassen, wenn der Spannungsabfall über der Hauptreihenwicklung die Spannung überschreitet, die von der Hilfsenergieversorgung geliefert wird.